Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.abitu.ru/en2002/closed/viewwork.html?work=7 Дата изменения: Fri May 5 15:25:18 2006 Дата индексирования: Tue Oct 2 02:11:21 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: п п п п п п п п п п п п п п п

Методы получения монокристаллов веществ

на примере пероксида ацетона, исследование их свойств


























Работу выполнили:

ученики средней школы ?73
г. Ульяновска

11 класса "Б"

Габбасов Ринат,

Стасюк Павел.
Руководитель:

учитель физики высшей
категории Антонов В.А.

Введение


Мир кристаллов очень разнообразен, он привлекает нас своей красотой и
правильностью своих геометрических свойств. Именно прелесть кристаллов
побудила нас начать наше небольшое исследование, посвященное этим
прекрасным творениям Природы.
Ранее мы часто получали пероксид ацетона для различных целей в виде
белого порошка. Но однажды после очередного опыта получились крупные
монокристаллы. Они нас очень заинтересовали и поэтому мы приступили к
изучению условий, необходимых для их возникновения.

Кристаллы пероксида ацетона

А теперь опишем реакцию получения пероксида ацетона, из которого в
дальнейшем выращиваются кристаллы:
ацетон + пероксид водорода [pic] пероксид ацетона + вода

Мы предполагаем, что формула пероксида ацетона имеет следующий вид:
[pic]

Поэтому, уравнение реакции:
[pic]
В качестве катализатора мы использовали 30%-ную серную кислоту.
Опираясь на данные, полученные в ходе многочисленных опытов, мы вывели
ряд условий, необходимых для увеличения возможности роста кристаллов.
. Реакция должна протекать в замкнутом пространстве небольшого объема,
то есть в закрытой емкости.
. Исключить механические воздействия (например, громкие звуки).
. В процессе роста кристаллов нужно исключить резкие колебания
температур.
Ацетон не растворяется в кислоте и покрывает ее сверху. Сначала
начинает образовываться пероксид ацетона, который растворяется в ацетоне.
Это происходит до полного насыщения раствора. Ацетон также реагирует с
серной кислотой, поэтому его количество уменьшается. Раствор ацетона
становится перенасыщенным, что вызывает формирование небольших кристаллов
пероксида ацетона. Примерно через двое суток образуются нитевидные
кристаллы на границе между воздухом и ацетоном, которые затем переходят в
крупные монокристаллы через больший период времени.
Возможно, существуют и другие условия образования кристаллов, но они не
были нами изучены. Никакие условия в данном методе не дают 100%-ную
вероятность образования кристаллов.

Свойства кристаллов пероксида ацетона

Кристаллы содержат множество различных дефектов, число которых
увеличивается со временем. Идеальные кристаллы бесцветны и прозрачны, но в
действительности они имеют беловатый оттенок. Также кристаллы становятся
меньше со временем, и мы предположили, что пероксид ацетона имеет высокую
скорость испарения. Только что выращенный кристалл имеет форму
параллелепипеда, но со временем эта форма теряется и через несколько
месяцев кристалл полностью исчезает, что для нас было не очень приятным
открытием, когда мы не обнаружили их в спичечной коробке, казалось бы в
замкнутом пространстве. Но даже в замкнутом пространстве они испаряются,
кристаллизуясь на стенках тонким слоем. При повышенных температурах
(температура только что затухшей спички) и давлениях (больше [pic] Па)
кристаллы способны к детонации. При проведении опытов мы установили, что
кристаллы не растворяются в воде, не растворяются или плохо растворяются в
спирте (этиловый, разумеется), хорошо растворяются в ацетоне, эфире и
других неполярных жидкостях. Была установлена температура плавления
кристаллов, она равна примерно 100њC. Для измерения температуры плавления
мы поместили кристалл в воду и начали ее нагревать. Почти одновременно с
закипанием воды кристалл перешел в жидкую фазу. При охлаждении расплава
монокристаллы не образуются, формируются поликристаллы. В принципе они
может образоваться монокристалл, если расплав охлаждать резко, что у нас не
получалось. Мы не стали проводить много опытов с расплавом пероксида
ацетона из-за соображений безопасности.
Пероксид ацетона не имеет вкуса, и это было проверено на практике. Это
вещество имеет приятный фруктовый запах.
Также экспериментально мы вычислили плотность кристаллов. Для начала мы
решили подсчитать плотность, используя основную формулу для ее вычисления:
[pic]
То есть мы должны были измерить массу кристалла и объем. Для измерения
объема мы использовали сосуд цилиндрической формы, наполненный водой.
Помещали в воду кристалл, замеряя уровень жидкости до и после погружения
кристалла в нее, и вычисляли объем вытесненной жидкости по формуле:
[pic]
Поскольку кристалл пероксида ацетона полностью погружался в воду, то
объем вытесненной жидкости был равен объему кристалла. И так, для
вычисления плотности мы использовали:
[pic]
Масса у нас получилась равной [pic]кг (0,00065 кг), высота подъема -
[pic]м (1,5 мм), радиус - [pic]м (11 мм). После измерения и подстановки
этих величин мы плотность монокристалла оказалась равной 1140 кг/м3. Но
после оценки погрешности, которая составила 50 % (1140±570 кг/м3), мы
оказались неудовлетворенны результатами.
Тогда, немного подумав, мы опустили кристаллы в серную кислоту (? =
1270 кг/м3) и обнаружили, что они в ней не тонут. Кристаллы плавали на
поверхности, причем были почти полностью погружены в кислоту (непогруженная
часть была невычисляемо мала). Значит плотность кристаллов была равна
плотности кислоты и равна ?'1270 кг/м3.
Одним из немаловажных свойств вещества, из которого состоят кристаллы,
является токсичность, то есть не рекомендуется употреблять внутрь, а также
дышать его парами. Один из пожелавших попробовать чувствовал легкое
недомогание в течение одной недели.

Способы получения кристаллов

Однако существуют еще несколько альтернативных способов получения
кристаллов пероксида ацетона. В принципе эти способы универсальны, то есть
они пригодны для выращивания кристаллов любого вещества. Они основаны на
перенасыщении раствора. Опишем первый способ.
Этот способ основан на охлаждении насыщенного раствора, содержащего
вещество, кристаллы которого необходимо получить, при этом раствор
становится перенасыщенным и растворенное вещество кристаллизуется, образуя
несколько монокристаллов. Таким образом, мы пытались получить кристаллы
поваренной соли. Начав исполнение опытов практически, мы столкнулись с
большим количеством трудностей, но в одном случае из трех у нас получились
кристаллы. Преимущества этого метода состоит в том, что за 5 минут можно
вырастить небольшие кристаллы, около 3-4 мм (для поваренной соли). Для
проведения данного опыта мы в предварительно нагретой воде (90њC)
растворяли поваренную соль до насыщения раствора. При этом емкость, где
проходило получение кристаллов, находилась в сосуде большего размера с той
же температурой (с кипящей водой), обеспечивая постоянство температуры во
время насыщения раствора. Затем емкость с раствором выносилась на холод или
вынималась из емкости. То есть в одном случае температура падала резко, а в
другом плавно. Кристаллы получились только в первом случае, но это не
говорит о том, что во втором случае получение кристаллов невозможно. Опытов
было проведено мало, поэтому делать выводы преждевременно. По той же схеме
был проведен один опыт с пероксидом ацетона. В ацетоне был растворен
порошок пероксида ацетона (не до полного насыщения), а затем раствор был
резко охлажден (до -20њC). В результате получились мелкие кристаллы.
Существует еще один способ получения кристаллов. Его суть заключается в
том, что при постоянной температуре и давлении насыщенный раствор вещества,
из которого нужно получить кристаллы, выпаривается. Большинство выращивают
кристаллы именно этим способом. Используя его, нам удалось получить
кристаллы медного купороса, поваренной соли и пероксида ацетона.
Есть еще один способ, который применяется в промышленности. Он основан
на получении кристаллов из расплавов.

Вывод

Все полученные нами монокристаллы обладали большим количеством
дефектов. Для того, чтобы получить более качественные кристаллы, необходимо
выращивать их в невесомости.
Выращивание кристаллов имеет большое практическое значение. Например,
кристаллы рубина используются в рубиновом лазере.
Таким образом, мы рассмотрели основные методы получения кристаллов на
примере пероксида ацетона. Также мы рассмотрели некоторые физические
свойства кристаллов пероксида ацетона.

[pic]
[pic]